Знаменитый американский футуролог Элвин Тоффлер в своей новой книге «Революционное богатство» обратил внимание на один парадоксальный момент: несмотря на то, что современная экономика напрямую зависит от применения научных знаний, в западном обществе набирают силу открытые выступления против науки как института, а равно и против ученых как представителей академического сообщества. Эта война, указывает Тоффлер, ведется не против отдельных научных фактов, она нацелена на «обесценивание самой науки», на девальвацию доверия к ней как к способу верификации истины. Естественно, речь пока не идет об официальной позиции властей. Угроза исходит со стороны общественных организации и различных групп влияния. Именно поэтому данную ситуацию Тоффлер назвал «партизанской войной». Тем не менее, саму угрозу недооценивать не стоит, поскольку рано или поздно определенные настроения начинают влиять и на политику.

«Если эти попытки, – пишет он, – удадутся, это фатальным образом скажется на будущем наукоемкой экономики, уменьшит шансы в борьбе с глобальной бедностью и нищетой, и само наше будущее потонет во мраке».

Тоффлер выделяет как минимум три источника противодействия науке. Первый источник связан с радикальными левацкими движениями. Сюда входят, в частности, борцы за права животных, феминистские организации и борцы за экологию. Он приводит один вопиющий случай, когда американские ученые-медики получали угрожающие письма, в которых находились бритвенные лезвия – «это было предупреждение от защитников животных, требовавших прекратить эксперименты над животными, а не то…». Следующим шагом должны были стать заложенные в автомобили бомбы и поджоги.

На другом фронте выступают феминисты, возлагающие на ученых вину за то, что из-за них многие женщины будто бы подвергаются дискриминации при получении образования и поступлении на работу. И вообще, якобы западная наука имеет выраженный «маскулинный» характер, что как раз делает ее «неправильной» и враждебной обществу. Наконец, свою лепту вносят и экологи, ставящие под сомнение различные новейшие достижения. Например, именно с их подачи началась оголтелая компания против ГМ-продуктов, которая нанесла большой урон корпорациям, лидирующим в области производства генно-модифицированных семян. Из-за подобных акций другие компании начали сворачивать исследования в этой области, а инвесторы – возвращать вложенные средства. Это, в свою очередь, привело к оттоку перспективных молодых кадров, занятых соответствующими исследованиями. Дело дошло до того, что правительство Зимбабве, несмотря на угрозу у себя массового голода, под давлением некоторых европейских стран вынуждено было отказаться от американской продовольственной помощи – на том основании, что поставляемые оттуда продукты были генно-модифицированными (то есть, предпочтительнее было допустить голодную смерть людей, чем накормить их «неправильной» едой). 

Печальным обстоятельством является то, что подобные «акции» нередко получают поддержку в среде медийных знаменитостей, обвиняющих науку и ученых в многочисленных грехах. К этому хору присоединились даже такие известные персоны, как британский принц Чарльз, который публично осудил науку за ее «неодолимый рационализм», подыгрывая тем самым радикальным защитникам экологии. Как отмечает Тоффлер, голоса этой армии усиливаются стараниями Голливуда, изображающего ученого как злого гения, и бесконечными шоу на темы «запредельного».

Вторым источником является массовое распространение веры в оккультные силы, в астрологию, хиромантию, в паранормальные явления и во всяких «зеленых человечков». Удивительно то, что в западном обществе, несмотря на длительное торжество научного просвещения, тяга к оккультизму не только не спадает, но приобретает внушительный размах. Особая роль принадлежит здесь движению Нью-эйдж. «Пройдитесь, – отмечает Тоффлер, – по любому торговому кварталу, и непременно увидите магазин, предлагающий широкий ассортимент книг Нью-эйдж, курения и амулеты». По его словам, в Интернете можно найти 1200 оптовых фирм, предлагающих четыре тысячи разновидностей товаров, относящихся к колдовству и магии. «Один онлайновый распространитель, – читаем мы, – предлагает 900 постеров по 40 категориям Нью-эйдж: астрологии, чакрам, божествам, колдовству, хиромантии, картам Таро, шаманизму, ангелам, йоге, китам, дельфинам, цыганам, египтянам, дзен-буддизму и многому другому».

Наконец, третий источник, о котором пишет Тоффлер, – это постмодернизм, отрицающий саму возможность постижения объективной истины. Для Тоффлера постмодернизм выступает в качестве современной разновидности обскурантизма, подвергающего сомнению ценность научного знания. Он называет его «мутной французской философией», которая на протяжении последних десятилетий стала проникать на гуманитарные факультеты и даже в бизнес-школы. Постмодернисты уверяют свою паству, будто научные истины относительны, а значит, ни одно из объяснений реальности не может быть лучше другого. Тем самым, полагает Тоффлер, происходит целенаправленная дискредитация науки с неких философских (то есть идейных) позиций, охватывая, как правило, образованную аудиторию.

Таким образом, «партизанская война» с наукой в современном мире осуществляется по всем фронтам, охватывая самые разные социальные группы – от подростков и домохозяек до кафедральных профессоров и политиков. По мнению некоторых исследователей, эта борьба имеет все признаки религиозного миссионерства и, по сути, заполняет тот вакуум, который возник в результате утраты авторитета традиционных религий.

К примеру, язык радикального экологического движения содержит слова, красноречиво подчеркивающие его миссионерскую суть: «спасение» Земли от насилия и загрязнения, строительство «храмов» в пустыне, создание нового «Ноева Ковчега», сохранение того, что осталось «от Сотворения».

Научно-технический прогресс при этом воспринимается как очередное «грехопадение», отход от невинной жизни первобытного Эдема. В этом плане, считают исследователи, экологическое движение по ряду черт четко соответствует религиозному фундаментализму.

Есть еще одна угроза для науки, которую упоминает Тоффлер. Речь идет о сокрытии научных знаний и новых открытий в качестве одной из мер по предотвращению террористической угрозы. Сегодня угроза со стороны отдельных фанатиков и сумасшедших настолько сильно пугает руководителей некоторых западных стран, что они рассматривают возможность и таких радикальных профилактических мер, как придание науке закрытого характера. То есть предлагается уподобить науку некой эзотерической организации, дабы научными знаниями не воспользовались во вред обществу отдельные асоциальные элементы и психопаты. Ведь страшно представить, что может случиться, если технологии создания отравляющих веществ или иного оружия массового поражения окажутся в руках агрессивных экстремистов или целых экстремистских организацией. В данном случае, как мы понимаем, речь идет не об источниках выступления против науки, а об официальной реакции на потенциальные угрозы. Такие вещи уже проговариваются. Науке это может угрожать тем, что в условиях закрытости и тотального контроля со стороны спецслужб о развитии и свободном творческом поиске можно будет забыть (соловьи в клетке не поют). Пока еще никаких решений по этому поводу не принято, но в то же время мы не можем исключать того, что на волне массовой истерии вполне могут последовать какие-либо шаги в данном направлении.

В общем, нынешнюю науку серьезно «обложили» с разных сторон. Кому-то покажется, что бить тревогу рано или вообще глупо, поскольку прогресс якобы необратим. Однако, как показывает мировая история, это иллюзия. Прогресс однажды прервался в античной Европе, он неоднократно прерывался в Китае. Массовое распространение суеверий на фоне активизации агрессивного радикализма и укрепления интеллигентского нигилизма способны в совокупности серьезно разрушить сами основы современной интеллектуальной культуры. Похоже, вопрос о сохранении науки можно сегодня смело включать в повестку дня и приглашать ученых к его обсуждению.

Олег Носков

Что мы знаем о Нобелевских лауреатах по химии 2018 года? Их трое (но это могли бы быть другие люди). Все они — скорее биологи. Они работали по отдельности, но каждый взял на себя роль творца: заставил бактерий производить интересующие его белки, раз за разом отбирая лучшие варианты. Теперь нам известно, кто двигает современную эволюцию (по крайней мере, на молекулярном уровне): их зовут Фрэнсис Арнольд, Джордж Смит и Грегори Уинтер.

Эта история началась более 30 лет назад. Мобильные телефоны были редкостью, геном человека еще не начали секвенировать, а о CRISPR, и уж тем более Cas, никто не слышал. Молекулярная биология была совсем не похожа на то, что мы видим в современных лабораториях. Ученые искали способ создавать усовершенствованные белки с новыми свойствами. Можно, конечно, попробовать собрать белок с нуля, но велик шанс промахнуться и новых свойств не получить. Тогда появилась беспроигрышная идея: использовать проверенный механизм адаптации молекул к новым условиям — эволюцию. 

Это сейчас, оглядываясь назад, мы можем говорить о том, что эти люди применили принципы живых систем к неживым и продвинули нас на пути к созданию искусственной жизни.

А тогда они всего лишь решали конкретные задачи: пытались разобраться во взаимодействии ДНК и белков, хотели создать биоразлагаемое топливо или новое лекарство, и едва ли могли предположить, что на их примере мы через много лет напишем инструкцию для начинающих творцов, решивших оседлать эволюционный процесс.

С чего начать

Лучше всего — с профильного образования, как это сделали Джордж Смит и Грегори Уинтер, которые как решили в молодости заняться биологией, так всю свою жизнь ей и занимаются.

Но есть и обходные пути, как показывает невероятная история Фрэнсис Арнольд. Казалось, Арнольд сделала все, чтобы не стать не то что биологом, а ученым вообще: сбегала с уроков на протестные акции против войны во Вьетнаме, ушла из дома, еще оставаясь ученицей старших классов (а на жизнь зарабатывала, работая барменшей и таксисткой), несмотря на это все-таки поступила в Принстон — на факультет механики и аэрокосмической инженерии (потому что на него было проще всего поступить), бросила учебу на год, чтобы переехать в Италию и там работать на фабрике по производству ядерных реакторов, заявив, что не собирается больше заниматься наукой. Но у судьбы были на нее другие планы.

На дворе 70-е: цены на нефть растут, в США самый тяжелый кризис со времен Великой депрессии, Картер учреждает министерство энергетики, устанавливает солнечные панели на Белый дом и заявляет, что к концу века американцы должны слезть с нефтяной иглы. Ученые и инженеры отзываются на этот призыв, и Арнольд, только что защитившая диплом инженера, оказывается среди них — занимается солнечными панелями, и сегодня грустью вспоминает о цели довести до 20% долю возобновляемых источников энергии в США к 2000-му году. Картер уходит, на его место приходит Рейган, на солнечные панели смотрят, как на странную причуду непопулярного президента, и Фрэнсис приходится искать себе новое дело. Но идею «зеленых» инноваций она уже не бросит.

Ее дальнейший путь ведет в Беркли, где она получает степень магистра химической инженерии. После этого, где она, не желая иметь ничего общего с нефтяной индустрией, пытается заниматься «рациональным» дизайном новых соединений в Калтехе, ищет ферменты, которые позволили бы сделать процесс получения энергии менее токсичным. Но быстро разочаровывается в возможностях человеческого разума в сравнении с природой («Вы тратите два года, у вас ничего не выходит, вы начинаете с начала») — и понимает, что надо перенимать технику у той, кто справляется с задачей лучше.

«25 лет назад это (белковая инженерия методами направленной эволюции) считалось безумием. Ученые подобным не занимались, джентельмены подобным не занимались. Но, поскольку я инженер и не джентельмен, меня это не заботило», — вспоминает она.

Бесконечный конвеер

Итак, мы хотим получить нужный нам биологический объект так же, как это делает природа. Чтобы запустить эволюционный процесс, вам нужны три компонента: (1) объект отбора, (2) фактор, создающий разнообразие, и (3) сила, осуществляющая отбор. В качестве объекта во всех нобелевских исследованиях выступали белки. Значит, кто-то должен был их производить в больших количествах. Это теперь мы умеем синтезировать белки без помощи клеток, а тогда требовался живой организм.

На помощь пришли бактерии: они быстро размножаются, и в их ДНК несложно встроить нужный ген (в отличие от клеток человека или мыши, ДНК которых защищена ядром). В то время это уже умели делать. Кроме того, бактерии могут служить домом для вирусов — бактериофагов, чья ДНК устроена еще проще. Она небольшого размера и легко поддается манипуляциям, а нужные белки впоследствии сами «выпрыгивают» в руки экспериментатора, когда вирусные частицы покидают зараженную клетку.

Дежурный по разнообразию

Следующая задача — создать разнообразие белков, чтобы эволюции местного значения было, из чего выбрать. Для этого нужно внести в ДНК исходного белка разные мутации, чтобы в итоге получились немного отличающиеся друг от друга белки. Дальше можно будет сравнивать их форму и свойства, и отбирать те, что нам больше подходят — иными словами, заниматься самой обыкновенной селекцией. Однако чтобы этот метод работал, необходимо, чтобы исходный белок уже проявлял нужные способности, пусть даже совсем слабо. Если же наш белок на старте совсем не умеет того, что мы от него хотим, шансов добиться этого с помощью мутаций практически нет.

С этой проблемой столкнулась группа Арнольд, которая как раз занималась выведением белков со специальными свойствами. Например таких, которые умеют производить топливо в безвоздушном пространстве — на их основе можно делать более экологичное топливо. Или таких, которые могут активироваться под действием света — их можно было бы потом встраивать в клетки мозга и избирательно активировать эти клетки световыми лучами. Поэтому существенной частью ее работы стал поиск белков, которые обладали бы нужной активностью, хотя бы на минимальном уровне.

После того, как подходящий белок найден, необходимо внести мутации в ген, который его кодирует. Для этого нужно определить ту область белка, которую мы хотим изменить. Это может быть активный центр, если мы говорим о ферменте, или центр связывания с другим белком, если необходимо произвести антитело. Затем мы определяем, какая часть ДНК белка отвечает за эту область. И, наконец, доверяем копирование этой части нарочно неряшливой полимеразе — она переписывает ДНК быстро и с ошибками много раз подряд. Получается целый набор вариантов для тестирования.

Есть и еще один способ создать много мутантных копий ДНК — так называемая «перетасовка» (DNA shuffling). Автор этого метода — Уильям Стеммер — мог бы заменить кого-то в сегодняшнем комплекте лауреатов, но на 5 лет не дожил до мирового признания. Его идея состояла в том, чтобы рекомбинировать, то есть перетасовывать ДНК, кодирующие один и тот же белок у разных бактерий. Такой своеобразный секс в пробирке позволяет собирать еще более разнообразные варианты белков — отличный материал для эволюции.

Результат налицо

В то время как Арнольд выращивала белки в бактериях, чтобы получить нужные соединения для ученых и инженеров, Джордж Смит решал другую задачу. Ему нужно было определить функцию множества неопознанных генов, соотнести их с белками. И он придумал использовать для этого бактериофагов.

Смит встраивал ген интересующего его белка в ДНК бактериофага, рядом с геном, кодирующим белок его оболочки. В результате белки оболочки вируса получались с довеском в виде исследуемого белка. И когда вирусные частицы отпочковывались из клетки, закончив там свои темные дела. Дальше можно было обрабатывать бактериофагов, например, антителами и смотреть, какие из них будут связываться с белками, выведенными на «борт» вирусов. Этот метод Смит назвал фаговым дисплеем, потому что оболочка бактериофага работает как дисплей, демонстрирующий вшитые в него белки.

Кто отберет лучших

Каждый из нобелевских лауреатов вершил свой суд по-разному. Арнольд отбирала белки, которые лучше других вступали в интересующие ее реакции. Смит занимался опознанием прежде неизвестных генов методом дисплея. А Грегори Уинтер, третий сегодняшний лауреат, взял фаговый дисплей Смита и сделал все наоборот: вместо того, чтобы отбирать белки с помощью антител, он взялся отбирать антитела с помощью белков.

Он вводил в геном бактериофагов последовательность ДНК, кодирующую чувствительный кончик антитела (антиген-связывающую область). В результате вирусы оказывались покрыты фрагментами антител. Затем он обрабатывал их белком и отбирал те, которые связывались лучше. В результате у Уинтера получилась система эволюции антител в пробирке.

Что сотворили

Три нобелевских лауреата преследовали разные цели и пользовались разными технологиями, но так или иначе научились решать главную задачу — совершенствовать белки. Дальше этот метод можно применять в любой области, как внутри биологии, так и за ее пределами. Поэтому, например, Арнольд удалось внести свой вклад в самые разные отрасли технологии: она «помогла» эволюционировать множеству белков, участвующих в реакциях органического синтеза, научила кишечную палочку производить каротиноиды и необычные аминокислоты, основала свою компанию по производству биотоплива и даже придумала более дешевый способ синтеза лекарства от диабета.

Метод Смита в исполнении Уинтера оказался полезен для разработки лекарств на основе антител. Чем точнее и прочнее антитело связывается со своей мишенью, тем лучше оно может заблокировать целевую молекулу. Удачным вариантом применения суперточных антител оказался препарат адалимумаб, который блокирует фактор некроза опухоли — мембранную молекулу, с помощью которой Т-лимфоциты посылают сигналы гибели другим клеткам. Снижая активность Т-лимфоцитов, можно бороться с аутоиммунными заболеваниями, такими как ревматоидный артрит, псориаз и другие (нельзя не вспомнить, что два дня назад Нобелевскую премию по биологии и медицине присудили за разработку препаратов со строго противоположным эффектом). На данный момент существуют еще пять лекарств на основе антител, разработанных с помощью фагового дисплея — против системной красной волчанки, сибирской язвы, макулодистрофии и двух видов рака.

Таким образом, Нобелевский приз этого года распределился в следующем соотношении: половина — за концепцию рукотворной эволюции молекул, четверть — за удобную методику, и еще четверть — за практическое применение удобной методики, приведшее к появлению эффективных лекарств.

***

На пресс-конференции члены нобелевского комитета отметили, что премия по химии в этом году получилась необычной — в том смысле, что получилась не то, чтобы премией по химии. Тем не менее, после присуждения половины премии по физике полезное для биотехнологий изобретение уже можно было предположить, что и химия на этот раз окажется замаскированной биологией. Тем временем впереди еще премия по экономике и премия мира, и кто знает — вдруг победное шествие биологов еще не закончилось?

Полина Лосева

Нобелевская премия 2018 года по физике вручена за работы в области оптики. Артур Эшкин изобрел неоценимый в биологических исследованиях лазерный пинцет, который позволил удерживать на месте живые микроскопические объекты, не вредя им, а Жерар Муру и Донна Стрикленд разработали способ получать очень быстрые и мощные лазерные импульсы, которые могут испарять твердые материалы и делать многое другое. Рассказываем про то, как устроены и чем отличаются друг от друга нобелевские лазерные технологии. 

Лазеры, то есть оптические квантовые генераторы света, были изобретены в 1960 году и стали основой для множества самых разных технологий. С их помощью можно считывать данные с компакт-дисков, резать различные материалы (и даже живые ткани при операциях), ими измеряют расстояния и передают информацию с невиданными ранее скоростями. За лазеры и связанные с ними работы самую известную в науке премию присуждали неоднократно (например, Жорес Алферов получил награду 2000 года за структуры, ставшие основой полупроводниковых лазеров), и в этом году Нобелевский комитет решил отметить еще две совершенно разные области лазерных технологий — технику получения сверхкоротких импульсов, которую используют сегодня все современные импульсные лазеры сверхвысокой мощности, и лазерный (или оптический) пинцет.

Лазерный пинцет позволил ученым захватывать и перемещать в нужном направлении отдельные клетки, бактерии и даже вирусы. Этот метод существенно облегчил биомедицинские исследования.

Сверхкороткие лазерные импульсы, в свою очередь, нашли применение не только в исследовательских задачах. Импульсные лазеры, как отметил Нобелевский комитет, сегодня широко используются в микрохирургии глаза, включая ставшие рутинными операции по коррекции близорукости. Получать короткие импульсы света умели и раньше, но именно работы Муру и Стрикленд позволили усиливать их до требуемых на практике значений. Сравнительно скромная энергия, поделенная на крайне малое время и распределенная по очень малой площади, дает фантастическую мощность: современный импульсный лазер может выдать несколько петаватт, то есть на доли секунды мощность излучения превышает суммарную мощность электростанций Земли в тысячи раз.

Подвесить в луче света

К 1970 году, когда Эшкин представил свою разработку на страницах Physical Review Letters, физики давно знали про открытое Петром Лебедевым давление света. Свет оказывает давление на частицы, и идея Эшкина заключалась в том, что внутри лазерного пучка силы, действующие на микроскопический объект, будут подталкивать его к середине луча и, таким образом, удерживать на месте.

Как это работает: электрические силы

Луч света — это электромагнитная волна, то есть колебания электрического (и магнитного) поля. В электрическом поле при прохождении волны возникают области как меньшей, так и большей напряженности, а законы электромагнетизма гласят, что внесенная в луч частица окажется наэлектризована и будет двигаться в сторону большей напряженности поля — по градиенту, как говорят физики.

Так как в центре пучка возникают самые большие значения напряженности поля, то именно туда и сдвигаются в итоге не слишком крупные (до 10 микрометров в поперечнике) объекты. Если еще направить два луча навстречу друг другу, то предмет вдобавок не будет «сдувать» давлением света. Эта конструкция носит название оптической ловушки, и в ней при определенных условиях можно подвесить даже отдельные атомы. Кстати, последним воспользовался ученик Эшкина Стивен Чу, которого в 1997 году наградили Нобелевской премией совместно с Клодом Коэном-Таннуджи и Уильямом Филипсом, — манипуляции отдельными атомами позволили создать особо точные атомные часы и в принципе открыли экспериментаторам массу новых возможностей.

Ловушка для атомов, впрочем, существенно отличается от лазерного пинцета — хотя бы тем, что она работает в вакууме. Пинцет же может манипулировать объектами даже внутри жидкости, то есть им можно подцепить живую клетку. Поначалу последнее казалось не столь революционным, как возможность управлять отдельными атомами, но через два десятка лет стало очевидно: лазерный пинцет имеет массу интересных применений.

Что это дает

Эшкин в своем первом эксперименте подвешивал в луче света простые латексные микросферы — объект, годный исключительно для демонстрации эффекта. Но биологи нашли оптическому пинцету массу куда более интересных применений — например, манипуляция отдельными клетками. В 1987 году Эшкин с коллегой успешно пересадили бактерии из одного образца в другой при помощи инфракрасного лазера; в тот же год схожий опыт был проделан с вирусами.

Кроме чисто технической задачи «взять клетку/бактерию/вирус и куда-нибудь переместить» (подобно тому, как переставляются, скажем, пробирки в ходе опыта) лазерные лучи позволяют сделать еще кое-что. Разные клетки имеют разные оптические свойства, поэтому один и тот же пинцет будет по-разному с ними взаимодействовать. Соответственно, на этом принципе можно собрать автоматическую установку для сортировки клеток и получения однородного образца из имеющейся в распоряжении смеси. А недавно из искусственных микроскопических пузырьков биологи при помощи лазерного пинцета собрали целую сеть, которая может стать основой для сложных биохимических систем — от искусственных клеток до диагностических устройств.

Можно смело сказать, что оптический пинцет Эшкина позволил прикоснуться к тому, что до этого потрогать было просто невозможно. Сдвинуть бактерию на несколько микрометров в сторону, потыкать в живую клетку для определения механических свойств (упругости, например) и при этом не повредить ее — такие задачи либо не решались традиционными манипуляторами вовсе, либо решались с гораздо большими сложностями. Кроме того, оптическим пинцетом можно очень точно и при этом бережно удерживать изучаемый объект на одном месте, а это в сочетании с флуоресцентными метками (отдельными молекулами) позволяет следить, например, за поведением даже не конкретных биологических молекул, а буквально отдельных их частей. Для ученых, которые хотят изучать какой-либо внутриклеточный процесс на молекулярном уровне, оптический пинцет оказывается в ряде случаев чем-то вроде тисков для мастера: не закрепив детали, работы не сделаешь.

***

Сегодняшняя премия Эшкина, кроме знакомства с замечательным техническим достижением, подсвечивает для нас и чисто человеческую сторону научных изысканий. Эшкин написал первую статью о пленении частиц в луче света еще в 1970 году, но особенного успеха поначалу не добился, и Bell Labs, сотрудником которой он тогда был, к концу десятилетия урезала финансирование его исследований. Эшкин не бросил, однако, своей затеи, заразил своим энтузиазмом только пришедшего в лабораторию молодого Стивена Чу. Тот добился успеха со своей установкой и смог подвесить отдельные атомы в 1985-м, а когда получил за это Нобелевскую премию, Эшкин остался за бортом и не скрывал своего расстройства: широкая публика зачастую узнавала его как «члена команды Чу», в то время как Эшкин занимал такую же позицию в лаборатории, да и, по его же словам, «научил Чу делать эти ловушки». Сегодня ученому уже 96 — он самый старый лауреат премии за всю ее историю! И когда журналисты Guardian дозвонились до него, дабы получить комментарий, тот не особенно пылал желанием тратить свое время — работал над очередной научной статьей.

Подрезать лучом света

Общий принцип: растянуть, усилить, сжать

История второй половины сегодняшней премии, которую поделили Жирар Муру и Донна Стрикленд, начинается в середине 80-х. В своей статье для журнала Optics Communications Муру и Стрикленд описали решение проблемы, которая на тот момент встала перед конструкторами импульсных лазеров: при достижении определенного уровня мощности свет начинает самофокусироваться, собираться в компактный жгут. В этом жгуте возникают плазменные сгустки, способные прожечь зеркала, линзы и другие элементы лазера. «Со схожей проблемой получения коротких импульсов с большой энергией, — отмечали исследователи, — сталкиваются при создании радаров, и там решением служит растягивание импульса во времени перед его усилением».

Решение «сделать импульс более длительным, усилить его и затем снова сжать» было реализовано физиками в своем пионерском эксперименте: они сначала удлиняли импульс, делали его растянутым во времени и не столь интенсивным, а потом направляли его в усилитель и затем на дифракционную решетку, которая снова сокращала продолжительность импульса.

По шагам: растягиваем…

Дифракционная решетка — ключевой объект в предложенном Муру и Стрикленд методе. Пластина, на которую нанесены параллельные микроскопические полосы — самым простым и доступным примером является компакт-диск, нужна для для растягивания импульса во времени. Электромагнитные волны, падая на такую решетку, в зависимости от длины волны отклоняются в разных направлениях, и поэтому белый свет даст радужный блик, а разноцветные лучи могут быть, наоборот, собраны вместе.

…усиливаем растянутое…

Усилитель света — это, по сути, тот же лазер, некое пространство, где часть атомов переведена в возбужденное состояние. Свет, проходя через такую среду, не поглощается, а выбивает из атомов кванты той же частоты, в результате чего сигнал усиливается. Оптические усилители к моменту публикации работы Мура и Стрикленд были, разумеется, давно известны, однако наращивать ими мощность импульсов без дополнительных ухищрений не получалось.

…сжимаем

Для сжатия импульса снова используется дифракционная решетка — просто на этот раз лучи направлены так, что они не расходятся еще больше, а собираются вместе. Таким образом, открытие, принесшее французскому физику и его канадской коллеге (на тот момент еще аспирантке, оригинальная статья в Optics Communications — ее первая научная публикация!) одну из самых престижных научных наград, сводится к комбинации двух эффектов: взаимодействия света с дифракционной решеткой и связи длины импульса с его частотными характеристиками.

Почему свет вообще можно растягивать и сжимать?

Любой импульс света ограничен не только во времени, но и в пространстве: спецэффекты «Звездных войн» в принципе не очень ошибаются, изображая стрельбу из лазерного оружия в виде цепочки отрезков (другое дело, что их, конечно, не видно со стороны и летят они со скоростью света). На масштабе в несколько пикосекунд (одна пикосекунда = 10-12 секунд) речь идет о расстоянии в десятые доли миллиметра — фотоны, вылетевшие на фронте импульса, отстоят от покинувших лазер последними буквально на толщину волоса или даже меньше. На таком расстоянии уже становится некорректным рассматривать свет как синусоидальную волну — импульс выглядит скорее так, как показано на картинке:

И такую «горбатую» синусоиду нельзя описать простой формулой sin(x), зато можно представить как сумму колебаний на разных частотах, как совокупность волн с разной частотой. Эти волны, в свою очередь, можно разделить, направив их в оптическую систему со свойством дисперсии, то есть такую, которая по-разному пропускает излучение на разных частотах.

Самым простым примером может служить обычное стекло (и действительно, в первом опыте Муру и Стрикленд взяли просто длинный, 1,4 км, оптоволоконный кабель), однако для большой мощности лучше использовать те же дифракционные решетки — они не портятся даже в очень мощных лазерах. Короткий импульс, проходя через дисперсионный элемент, разлагается на несколько компонентов, причем одни приходят вовремя, а другие запаздывают, и за счет этого длина импульса возрастает иногда в десять раз или даже больше. Сочетая такой метод с линзами, временно расфокусирующими лазерный пучок, физики уже добились экстремальных значений: сфокусированные импульсы на сегодня способны не только прожигать разные материалы, но и делать многое другое.

Что это дает

Наиль Иногамов, ведущий научный сотрудник Института теоретической физики и специалист по взаимодействию лазерного излучения с веществом, в беседе с «Чердаком» отметил, что появление сверхкоротких лазерных импульсов позволило в том числе создать совершенно новые способы обработки материалов при помощи контролируемого испарения участков поверхности. «Когда у вас лазерный импульс попадает на поверхность, он всегда ее нагревает, и этот нагрев затрагивает не только то пятнышко, куда его сфокусировали, но и окрестности — он ее портит. А сверхкороткие импульсы просто не успевают нагреть лишнего; это новый метод, при помощи которого можно создавать материалы с упорядоченными структурами на поверхности — водоотталкивающие, например. Или метаматериалы с упорядоченными структурами для оптики. Причем это не только зеркала и прочие оптические элементы для видимого света, но также элементы для активно развивающейся технологии рентгеновских лазеров».

***

Сложно придумать формулировку лучше, чем в сообщении Нобелевского комитета, — инструменты, сделанные из света. Свет нежный и удерживающий без вреда живые клетки. Свет жесткий, резкий, филигранно взрезающий материю. Свет, выхватывающий мгновения: сверхкороткие импульсы могут быть своего рода фотовспышкой для, скажем, взаимодействующих молекул. Свет, в котором парят легкие объекты. Результаты работы трех разных исследователей этим явно не ограничиваются — впереди нас могут ждать искусственные организмы (собранные из синтетических клеток при помощи лазерных пинцетов), установки по производству антиматерии (сверхсильные электрические поля порождают пары из электронов и их античастиц) и даже то, что мы пока не можем себе представить.

Нобелевский комитет неоднократно отмечал открытия и изобретения, поменявшие мир самым радикальным образом. Это и транзисторы (1956 год, Бардин-Шокли-Браттейн), и синие светодиоды (2014-й, Акасаки-Амано-Накамура), и те же лазеры (1964-й, Таунс-Басов-Прохоров). Сегодняшняя премия достойно продолжила эту традицию.

Алексей Тимошенко

Массовое строительство солнечных электростанций в последние годы бьет рекорды. Совсем недавно в странах Ближнего Востока и Латинской Америки цена на солнечную энергию опустилась ниже двух центов за кВт*час. В США также рапортуют о значительном снижении цен на электричество от СЭС. Схожие новости приходят и из Австралии. Создается впечатление, что солнечная энергетика уверенно «утирает нос» традиционной генерации. Мало того, дело доходит до того, что нередко возникает кризис перепроизводства солнечной энергии. Так, в мае этого года штат Калифорния не смог потребить 95 000 МВт*час электричества, выработанного солнечными электростанциями. Считается, что причиной перепроизводства стали амбициозные планы местных властей, которые – на волне модных веяний – всячески поощряют проекты с фотовольтаикой. 

Впрочем, пока еще не стоит бурно аплодировать победному шествию «зеленой» энергетики, поскольку при ближайшем рассмотрении она оказывается не совсем «зеленой». У фотовольтаики есть один не очень приятный аспект, касающийся производства и утилизации солнечных панелей. И если раньше – ввиду незначительной доли ВИЭ в общих объемах генерации электроэнергии – на него закрывали глаза, то теперь, после настоящего «солнечного» бума, об этом приходится говорить открыто.

Главный вопрос, поставленный недавно американскими экспертами: куда девать гигантскую кучу отработанных солнечных панелей, которая обязательно скопится через несколько десятилетий? Два года назад объем опасных отходов здесь составлял примерно 250 тысяч тонн. Если нынешние темпы производства сохранятся, то к 2050 году эта цифра грозит составить 78 миллионов тонн. Несмотря на то, что солнечные модули почти на 90% состоят из стекла, они могут содержать и токсичные элементы (например, кадмий). Поэтому утилизация старых панелей становится особо актуальной в свете указанной тенденции, поскольку обычные мусорные полигоны вряд ли будут способны справиться с такой задачей. Кроме того, с технологиями производства здесь также не все «чисто», и этот момент также очень часто упускается из виду, когда речь заходит о развитии «зеленой» энергетики.

Данное обстоятельство дает убежденным противникам ВИЭ «убойные» аргументы против всего направления. Не удивительно, что в последнее время в нашей стране нарастает количество публикаций, где та же солнечная энергетика преподносится как явная экологическая угроза, которую будто бы сознательно замалчивают в угоду влиятельным лоббистам. Особо сильное впечатление производят факты разрушения некоторых американских СЭС сильными ураганами и торнадо. В 2015 году удару стихий подверглась одна из станций в южной Калифорнии, когда было разрушено порядка 200 тысяч солнечных модулей. Схожее разрушение из-за урагана произошло осенью прошлого года в Пуэрто-Рико – на второй по величине солнечной станции в стране. В обоих случаях разбросанные солнечные панели перемешались с грунтом и камнями, в результате чего туда попало множество токсичных (как уверяют экологи) осколков.

Понятно, что солнечные панели не являются в плане утилизации чем-то уникальным. Сюда мы можем включить всю радиоэлектронику, аккумуляторы, автомобили и даже мебель. Иначе говоря, вопрос с утилизацией является чисто техническим, и вряд ли мы можем сомневаться в том, что адекватного решения не будет найдено. В принципе, процесс переработки старых панелей не только в целях утилизации, но и в целях восстановления необходимых материалов, в какой-то мере является достаточно разумным выходом из ситуации. Однако противники ВИЭ обращают внимание на то, что такая переработка сама по себе – вещь затратная, и в случае массового применения она просто-напросто приведет к серьезным издержкам. Спрашивается, на кого эти издержки возлагать – на государственный бюджет или на самих производителей? Понятно, что государственные субсидии на переработку старых модулей будут рассматриваться как совершенно нерыночный способ поддержки отрасли, а значит – как прямое ущемление интересов других производителей. В случае же рыночного подхода к проблеме расходы неизбежно лягут на плечи конечных потребителей. То есть нынешнее удешевление стоимости солнечных панелей окажется временным послаблением. Реальная борьба за экологию, дескать, расставит всё на свои места и покажет (именно так считают противники ВИЭ) истинную цену «зеленой» энергетики.

Но так ли всё однозначно на самом деле? Что об этом думают специалисты, занимающиеся разработкой технологий производства солнечных элементов?

Как заметил заведующий лабораторией молекулярной кинетики Института теплофизики СО РАН Равель Шарафутдинов, необходимо понимать, что существуют разные виды солнечных панелей, а равным образом – разные технологии их производства и разные технологии переработки отработанных модулей. По словам ученого, смешивать все в одну кучу и рассуждать о солнечных панелях вообще – это либо непрофессионально, либо это делается намеренно, в целях дискредитации ВИЭ.

Например, когда мы высказываем опасения из-за угрозы заражения почв кадмием, надо понимать, что речь идет о кадмий-теллуровых панелях, выпускаемых в США. Показательно, что сами американцы прекрасно понимают опасность этой технологии и с определенных пор, утверждает Равель Шарафутдинов, пытаются ее «сплавить» в страны третьего мира. Так, была попытка разместить производство таких панелей в Индии, однако индийские ученые быстро забили тревогу, благодаря чему проект не состоялся. Почему вообще американцы прибегли к указанной технологии? Дело в том, что у таких панелей (как принято считать) достаточно высокий КПД. Кремний в этом плане будто бы заметно отстает. Однако выигрыш имеет опасную сторону, связанную с экологией. Иными словами, фотовольтаика сама по себе не при чем. Вопрос упирается в выбор технологий.

Равель Шарафутдинов считает, что необходимо отдавать предпочтение «старому-доброму» кремнию. Кремниевые панели, уверяет он, не содержат никакого кадмия, которым пугают общественность экологи. Впрочем, здесь перед нами встает вопрос выбора технологий производства кремния. Так, китайцы наладили массовый выпуск этого материала (серьезно обрушив цены), используя экологически небезопасное хлоридное производство. Массовый выпуск также обернулся проблемой. Однако надо понимать, что пренебрежение экологической безопасностью в угоду производительности давно стало отличительной чертой «китайского способа» развития. И касается это не только солнечных панелей, но и многого другого.

Есть ли, в таком случае, приемлемые технологии для такого дела, не вызывающие тяжелых последствий для экологии? Равель Шарафутдинов уверяет, что за рубежом сейчас начинают активно внедрять технологии электронно-лучевого переплава, с помощью которых удается добиться получения химически чистого кремния без серьезного ущерба окружающей среде. Та же технология может с успехом использоваться и для переработки отработанных панелей.

Отметим, что именно такой технологией занимаются в Институте теплофизики СО РАН (о чем мы уже неоднократно писали). По большому счету, развитие фотовольтаики связано, в том числе, и с созданием экологически безопасных технологий производства солнечных элементов. То есть научная мысль направлена не только на то, чтобы наращивать КПД готовых модулей, но и на то, чтобы сделать фотовольтаику совершенно безопасной во всех отношениях. Этот момент вряд ли стоит упускать из виду, рассказывая о «темной» стороне ВИЭ. В противном случае вас можно будет с полным правом упрекнуть в тенденциозности. Что касается статей, где фигурирует ужасный кадмий, будто бы присутствующий во всех солнечных панелях без исключения, то их заказной характер представляется очевидным.

Олег Носков

Джеймс Эллисон и Таску Хондзё, лауреаты Нобелевской премии по физиологии и медицине 2018 года, независимо друг от друга открыли два похожих механизма, подавляющих активность иммунных клеток. Сейчас на их основе существуют шесть одобренных противоопухолевых препаратов: они «ломают тормоза» в клетках иммунитета и те бьются с раком, не слыша криков «стой» и просьб о пощаде. Так зачем же организм человека тормозит собственный иммунитет, кому помогают «нобелевские» лекарства и при чем здесь блюз?

Каждый год накануне нобелевской недели разворачивается битва экстрасенсов: ученые, журналисты и им сочувствующие соревнуются в увлекательной игре «угадай лауреата». Кто-то подсчитывает цитируемость статей, кто-то пытается оценить значимость открытий. Сегодня, в первом раунде нобелевской недели, победу празднуют те, кто делал свой прогноз с опорой на «эффект Матфея».

Почти всем нобелевским лауреатам в области физиологии и медицины, отмечали они, ранее присуждали премии Ласкера, Гэрднера, Олбани, Шо, Вулфа и Breakthrough Prize (премия, учрежденная Марком Цукербергом, Сергеем Брином и Юрием Мильнером). Из этого следовало, что наиболее вероятными кандидатами являются Джеймс Эллисон и Александр Варшавский, у каждого из них по пять из шести премий-предсказателей. В этой паре Варшавский — очень сложный кандидат, поскольку за работы в его области уже давали Нобелевскую премию в 2004 году, не включив его в список лауреатов. Таким образом, на выходе остается только Джеймс Эллисон.

Это пророчество согласуется и с другими любопытными закономерностями вручения Нобелевских премий по физиологии и медицине. Если посмотреть на лауреатов последнего десятилетия или двух, то видно, что практические и теоретические открытия чередуются примерно 2 через 2. Предыдущие две премии — 2016 и 2017 годов — были присуждены за открытие механизмов аутофагии (клеточного «самопереваривания») и циркадных ритмов. Значит, в этом году пришла очередь прикладных достижений быть оцененными по достоинству.

Давай, руби этого

В основе нобелевского открытия лежат две молекулы с непростой судьбой. Первая — CTLA-4 — была обнаружена еще в 1987 году на поверхности активированных Т-киллеров, группе Т-лимфоцитов, атакующих подозрительные клетки организма. Отсюда ее название — антиген 4 цитотоксических Т-лимфоцитов (cytotoxic T lymphocyte antigen 4). Некоторое время считалось, что CTLA-4 нужна для активации Т-клеток, но Джеймс Эллисон предположил, что все строго наоборот.

Каждая Т-клетка «заточена» на узнавание какого-то одного врага, антигена. В тканях нашего организма рассредоточены антиген-презентирующие клетки, такие молекулярные соглядатаи, которые ловят проплывающие мимо белки-антигены из окружающей ткани, выставляют их на свою поверхность и отправляются «докладывать обстановку» в лимфатические узлы, где показывают (презентируют) антигены Т-лимфоцитам.

«Доклад» фактически выглядит так: на поверхности Т-лимфоцита есть две похожие между собой «педали» — мембранных рецептора, на которые может нажать антиген-презентирующая клетка с помощью молекулы В7. Рецептор CD28 — это педаль газа; когда Т-клетка узнает (то есть связывает) свой антиген, она переходит в состояние боевой готовности и может размножаться или убивать клетки, несущие антиген-мишень. Эллисон же нашел педаль тормоза — это та самая молекула CTLA-4: если нажать на нее, Т-клетка переходит в подавленное состояние и атаковать никого не может.

Педали «газа» и «тормоза» очень похожи друг на друга. С какой именно свяжется антиген-презентирующая клетка, определяется случайным образом. Фактически происходит конкуренция между двумя педалями за нажимающую на них ногу. При этом тормозная педаль чаще выигрывает, потому что к ней «нога» В7 прилипает лучше — это позволяет избежать развития аутоиммунных заболеваний, которыми чревата любая гиперактивация иммунной системы.

В случае второй молекулы — PD-1 — конфуза с названием не возникло. Группа Таску Хондзё с самого начала обнаружила, что эта молекула запускает гибель клеток, отсюда и аббревиатура (PD — programmed death, т. е. программируемая смерть). Однако ее роль в иммунной системе стала понятна лишь семь лет спустя, когда обнаружилось, что у мышей, лишенных PD-1, развиваются симптомы, похожие на системную красную волчанку — известное аутоиммунное заболевание. Это позволило Хондзё заключить, что PD-1 запускает еще один механизм подавления иммунитета. Впоследствии оказалось, что молекула PD-1 по структуре похожа на CTLA-4 и CD28, а запускающий ее лиганд — PD-L1 — напоминает «ногу» В7. Однако между собой эти два механизма не связаны, это два независимых способа затормозить иммунную активность.

Вместе оба тормозных механизма получили название иммунных чекпоинтов (checkpoints), то есть контрольных точек в жизни иммунной клетки. В их честь названа музыкальная группа The Checkpoints, в составе которой Джеймс Эллисон играет блюз.

Это аналогия с более известными чекпоинтами — контрольными точками клеточного цикла (то есть моментами, в которые клетка «определяет», может ли она начать или продолжать деление), за которые, кстати, тоже присудили Нобелевскую премию в 2001 году.

Не жми на газ, а режь тормоза

Большинство заболеваний, которые продолжают терзать человечество в XXI веке, связаны с избыточной активностью иммунной системы и сопровождаются воспалением. И только в одном случае здоровая на первый взгляд иммунная система бездействует — когда речь заходит о раковых опухолях. В тот самый момент, когда необходимо ударить по своим, а точнее — по предателям, механизмы сдерживания агрессии играют против нас. Виноваты в этом не только антиген-презентирующие клетки, которые из осторожности чаще нажимают на тормоз, чем на газ, но и сами клетки опухоли, на поверхности которых часто встречается «тормозный» лиганд PD-L1.

И пока остальные иммунологи искали способ активировать CTLA-4 и PD-1 у пациентов с аутоиммунными заболеваниями, Эллисон, а затем и Хондзё предложили, наоборот, заблокировать эти педали в клетках онкобольных.

Самым простым из известных способов заблокировать какую-либо молекулу сейчас являются специфичные антитела. Их получают, вводя человеческую молекулу в организм какого-нибудь млекопитающего, который развивает на нее иммунный ответ и производит нужные иммуноглобулины. Антитела работают как глушители — связываются с активным центром молекулы и не дают ей взаимодействовать с другими веществами. Наработав в животном антитела к «тормозам», мы вводим их человеку — те связывают его тормоза на Т-клетках, и последние начинают безостановочно рубить шашкой «врагов народа», и уговорить их остановиться уже не могут ни презентирующие клетки, ни раковые.

Интересно, что при внешне сходном механизме действия блокировка CTLA-4 и PD-1 дает разные результаты. Когда мы вводим в организм антитела к CTLA-4, тормоза отказывают у всех Т-клеток, на которых хватило дозы антитела. Это позволяет усилить в целом иммунный ответ на любые стимулы.

Когда же мы используем анти-PD-1 антитела, мы блокируем, среди прочего, механизм, посредством которого именно клетки опухоли подавляют активность своих убийц.

Таким образом, антитела к PD-1 действуют более локально и оказываются эффективнее. Поэтому на данный момент в США одобрен всего один препарат на основе антител к CTLA-4 и целых пять — на основе антител к PD-1. Но еще эффективней оказывается комбинированная терапия, когда мы на всякий случай блокируем все тормоза одновременно.

Далеко ли уедем

Однако не стоит, конечно, думать, что сегодняшнюю премию дали за окончательную и бесповоротную победу над раком, весть о которой научное сообщество решило приберечь до 1 октября 2018 года, чтобы приурочить ее к вручению Нобелевской премии по физиологии и медицине. Нет, проблема все еще не решена до конца, и до победы над раком нам все еще далеко. Есть несколько тонкостей, которые нужно держать в уме, когда мы говорим об иммунотерапии рака.

1. Процент выживаемости. Как бы мы ни радовались успехам иммунотерапии, это пока еще не панацея. Несмотря на то, что у определенного процента пациентов она позволяет добиться ремиссии, результат пока далек от абсолютного. Возможно, более эффективным окажется комбинирование ингибиторов чекпоинтов с другими методами.

2. Побочные эффекты. Снятие иммунной системы с тормозов, увы, не проходит бесследно. Очень часто у пациентов возникают воспаления или нарушения работы желез — очевидные аутоиммунные нарушения. И в целом, как и следовало ожидать, блокировка CTLA-4 вызывает более тяжелые и системные реакции, чем в случае PD-1.

3. Индивидуальное действие. Ингибиторы чекпоинтов используются в практике уже несколько лет (анти-CTLA-4 — с 2011 года, анти-PD-1 — с 2014-го), и за это время накопилось немало статистики по их эффективности. Оказалось, что она зависит, во-первых, от типа опухоли. Легче прочих поддается лечению лимфома Ходжкина (50—90% успешной терапии), следом за ней — некоторые виды карциномы и меланомы. Для других типов эффективность предстоит проверять. Во-вторых, успех зависит от генотипа самого пациента. Чем более он гетерозиготен (то есть генетически разнообразен) по молекулам, презентирующим антиген (МНС, главный комплекс гистосовместимости), тем лучше его Т-клетки распознают опухоль и тем выше шанс на излечение.

4. Как это работает? Что самое интересное в этой истории, так это то, что на данный момент никто, даже сами нобелевские лауреаты, до конца не понимают, как именно работают механизмы, которые они предложили для борьбы с раком. Например, группа Эллисона нашла подтверждения сразу для нескольких возможных механизмов действия антител к CTLA-4: это может быть блокировка «тормозной педали» на Т-киллерах, или блокировка «ноги» В7 на антиген-презентирующих клетках, или же вовсе влияние на Т-регуляторные клетки, на которых тоже есть CTLA-4 и которые в норме подавляют активность иммунитета. С анти-PD-1 препаратами все немного проще, однако до сих пор не вполне ясно, почему опухоли, на которых нет молекул PD-L1 и которые непосредственно не угнетают иммунитет, также отвечают на терапию.

***

Это не первый раз, когда Нобелевскую премию присуждают за методы борьбы с раком. Премия уже доставалась изобретателям гормональной терапии (1966), химиотерапии (1988) и трансплантации костного мозга (1990). Сегодня Нобелевский комитет впервые обратил внимание на иммунологический подход к этой проблеме. Однако с 2011 года, когда был запатентован первый ингибитор чекпоинтов, в онкоиммунологии произошло множество интересных событий. Набирают силу терапия дендритными клетками (антиген-презентирующими) и противоопухолевая вакцинация, одобрена первая генная терапия (CAR-T). Делаем ставки, дамы и господа?

Полина Лосева

Существует стереотип, что паразитарные заболевания – удел стран «третьего мира», сохранивших черты доиндустриальной эпохи. Но так ли это на самом деле? Насколько реальна угроза описторхоза для жителей вполне современных сибирских мегаполисов? И почему большое количество западных ученых занимаются исследованиями в области паразитологии. Об этом и многом другом – в интервью с заместителем директора ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» по научной работе, д. б. н. Вячеславом Мордвиновым.

– Вячеслав Алексеевич, Вы недавно посетили международный конгресс паразитологов, расскажите подробнее об этом?

– Это было потрясающе интересное мероприятие. Раз в четыре года Всемирная федерация паразитологов, в которую входят ученые 90 стран мира, проводит конгресс ICOPA, на котором происходит обмен знаниями, результатами самых последних исследований в этой области. По сути, это самая главная публичная площадка для современной паразитологии. В этом году он проходил в четырнадцатый раз, в южнокорейском городе Тэгу и собрал около 1,5 тыс. специалистов из 80 стран мира. Я впервые участвовал в таком представительном форуме, с таким блестящим составом пленарных докладчиков и горжусь тем, что выступил на нём в статусе приглашенного лектора.

– Что можно назвать главными трендами современной паразитологии, исходя из докладов на конгрессе?

– Первый тренд нашел отражение в главной теме конгресса – «Вред и польза паразитов для животных и людей». Мы привыкли считать заражение гельминтами однозначно негативным фактором. Но ряд последних исследований показывает, что гельминты при взаимодействии с организмом хозяина могут подавлять аутоиммунные процессы.

Существует гипотеза, что распространение аллергии и аутоиммунных заболеваний в развитых странах может быть связано с заметным снижением зараженности населения этих стран паразитами.

В нашей стране «позитивный» эффект паразитарной инвазии впервые обнаружила группа ученых под руководством чл.-корр. РАН Людмилы Огородовой из Томска. Несколько лет назад томские ученые выяснили, что бронхиальная астма у детей, зараженных описторхозом, протекает легче. Тогда было непонятно, чем вызвана такая взаимосвязь. Но последние исследования ее объясняют, и данные, полученные группой Огородовой, хорошо укладываются в тренд современной паразитологии о том, что гельминты и другие паразиты могут приносить не только вред, но и пользу.

– Вы сказали «первый тренд», значит, есть и второй?

– Второй касается микробиома человека. Обычно, когда говорят о микробиоме, подразумевают бактерии, проживающие в нашем организме. Иногда даже шутят, что мы больше микробы, чем люди, потому что только 43% от количества клеток, содержащихся в нас – собственно человеческие, а 57% принадлежат обитающим в нашем организме бактериям. Хотя по общей массе они, конечно, заметно меньше. А на конгрессе много говорилось о биоме, представленном эукариотическими организмами (чьи клетки, в отличие от бактериальных, имеют ядро), от одноклеточных и сопрофитов до многоклеточных паразитов – гельминтов. Они могут жить в человеческом организме десятилетиями. Между хозяином и его симбионтами и паразитами существуют определенные отношения, но мы до сих пор плохо представляем механизмы взаимодействий между совместно проживающими организмами. Не вызывает сомнений, что за многовековое сосуществование человек научился эффективно использовать эукариотический биом, и теперь надо понять, каков вклад этого биома в нашу физиологию, какая структура биома может способствовать здоровью, существуют ли заболевания, связанные с изменениями биома и т.д.

– Извлекать пользу из гельминтов, звучит как-то странно…

– Медицина знает немало примеров, когда одно и то же вещество может и вредить, и помогать организму, вопрос заключается в дозе. Яркий пример – змеиный яд, который тоже применяется в фармацевтике. Вот и с паразитами получается схожая история.

Да, у нас в стране о гельминтотерапии пока слышал только узкий круг специалистов, но в мире эта медицинская технология набирает обороты, одним из лидеров здесь является Австралия, и на конгрессе австралийцы представляли первые результаты применения этой технологии.

– А можете привести какие-нибудь конкретные примеры?

– Есть несколько подходов. Например, ученые в качестве эксперимента подсаживали небольшое число гельминтов пациентам с болезнью Крона. Это тяжёлое хроническое воспалительное заболевание желудочно-кишечного тракта аутоиммунной природы. И на съемке четко видно, что вокруг паразитов происходит снижение воспаления ткани кишечника. Конечно, пока речь идет не о клинической практике, а только о тщательно контролируемых экспериментах с участием добровольцев, но это уже первые шаги к практической гельминтотерапии. Есть и другой подход, когда из секретируемых продуктов гельминтов пытаются выделить компоненты, которые обладают лечебным эффектом. У одного из видов плоских червей нашли белок, который активирует восстановление эпителия. И в той же Австралии на его основе был создан спрей для заживления поверхностных ран у животных.

– А не получится так, что вылечив пациента от какой-то напасти небольшим количеством гельминтов, потом, когда они размножатся, его придется лечить уже от паразитарного заражения?

– Как правило, у гельминтов очень сложный жизненный цикл. Им нужно покинуть организм основного хозяина, пройти несколько этапов развития в промежуточных хозяевах и потом вернуться. Так что, когда речь идет о выборе кандидатов для гельминтотерапии, обсуждают виды паразитов, которые не размножаются в организме человека. В любом случае, пока этим подходам предстоит пройти путь длительных испытаний, в том числе – на предмет побочных эффектов. И до этого ни о какой клинической практике и речи быть не может.

– Возвращаясь к российской действительности, на прошедшей недавно мультиконференции BGRS/SB’2018 Ваши коллеги представили свои наработки в области новых препаратов против описторхоза. А насколько это вообще актуальная проблема?

– Действительно, если обратиться к официальной статистике нашего здравоохранения, то ситуация выглядит не так уж и плохо.

Но дело в том, что эта статистика учитывает только тех людей, что обратились в медучреждения за помощью, и уже там у них было выявлено заражение описторхами. Между тем, эти паразиты могут годами жить в организме, наносить вред, а человек даже не будет подозревать о их существовании. Опубликованы результаты обследования жителей сельских районов Обь-Иртышского бассейна. В некоторых селах уровень заражения описторхозом очень высокий, до 50 % населения.

Рыба, особенно язи в Ханты-Мансийском автономном округе, буквально «нашпигована» паразитами. Это позволяет говорить о том, что наш регион – Обь-Иртышский бассейн – крупнейший очаг описторхоза в мире.

– Какие решения этой проблемы предлагает наука?

– Во-первых, надо все-таки точно определить ее масштаб. Для этого можно использовать опыт других стран, например, Таиланда, где распространен другой вид печеночных сосальщиков из семейства Opisthorchidae. Там работают выездные лабораторные комплексы, которые проводят массовое обследование населения, проживающего в очагах описторхоза. Это позволяет выявить тех людей, которые заражены, но к врачам не обращались. На сегодня разработаны достаточно эффективные тесты для диагностики описторхоза, что позволяет провести массовое обследование и среди наших сограждан. Понятно, что важно не только найти паразитов, но и избавиться от них. К сожалению, основной препарат против описторхов, который сегодня есть на рынке – празиквантел, – не дает стопроцентного эффекта. Это может быть связано с недостаточно эффективной доставкой лекарства в желчные протоки, где обитают описторхи. В результате, часть паразитов получает слабую дозу препарата и остается в организме. Кроме того, празиквантел может вызывать нежелательные побочные эффекты. Поэтому мы хотим усовершенствовать его действие или создать что-то лучшее. О некоторых результатах нашей работы и шла речь на конференции.

– А когда можно ожидать появления этих результатов на рынке?

– Надо понимать, что испытание любого нового лекарства – это очень долгий и дорогостоящий процесс. Надо найти инвестора, который возьмет на себя эти издержки. Одной из проблем является достаточно локальный характер этой проблемы, она остро стоит для нашего региона, но за его пределами заражение Opisthorchis felineus встречается нечасто. А значит, и рынок для такого препарата ограничен, что играет немаловажную роль для потенциальных инвесторов.

Поэтому стратегически наши исследования направлены на создание препарата широкого спектра действия, который будет эффективен не только при описторхозе, но и при гельминтозах. Сегодня таким препаратом является празиквантел. Если устранить или минимизировать его недостатки, о которых мы уже говорили, может быть получен новый эффективный и безопасный антигельминтный препарат.

Над реализацией этой идеи мы работаем совместно с коллегами из ИХТТМ СО РАН. Химики под руководством д. х. н. Александра Душкина создали комплекс празиквантела с солями глицирризиновой кислоты (главный компонент корней солодки), что позволило существенно повысить эффективность доставки препарата в области, заселенные паразитами. В результате при сохранении максимального лечебного эффекта нам удалось снизить дозу празиквантела приблизительно в 10 раз и заметно ослабить его побочные действия. Сейчас мы работаем над созданием схем лечения, позволяющих повысить терапевтический эффект созданного комплекса по сравнению с празиквантелем. А поскольку оба компонента нового препарата по отдельности уже сертифицированы на нашем рынке, то возможно, удастся упростить и ускорить его путь на рынок. Но это пока только надежды. Насколько они оправдаются, покажет время. В любом случае, мы продолжаем нашу работу по поиску новых препаратов, действенных против паразитов и не опасных для человеческого организма.

Георгий Батухтин

Россия приступила к созданию национальной сети установок мегасайенс, которая станет мощнейшей исследовательской инфраструктурой в мире, сообщил в пятницу на Глобальном форуме конвергентных и природоподобных технологий президент национального исследовательского центра (НИЦ) "Курчатовский институт" Михаил Ковальчук.

Установки мегасайнс представляют собой международные исследовательские комплексы. НИЦ "Курчатовский институт" от имени правительства России осуществляет научное руководство в ряде таких проектов. Например, это международный термоядерный экспериментальный реактор ИТЭР (ITER), Европейский рентгеновский лазер на свободных электронах РЛСЭ (XFEL), Большой адронный коллайдер (LHC) в ЦЕРН (CERN).

"Мы инвестировали в международные проекты около €2 млрд. Это российский вклад, мы неотъемлемая часть европейской мегаструктуры. И сегодня по поручению президента (согласно майскому указу президента – прим. ТАСС) мы вернулись назад к себе, в страну, создавать национальную сеть уникальных установок. Это и реактор ПИК, и ускоритель NICA в Дубне, и синхротроны (два новых синхротрона планируется построить на острове Русский и в Новосибирске – прим. ТАСС). И если все это произойдет, то мы будем иметь самую лучшую и мощную исследовательскую инфраструктуру в мире", – сказал Ковальчук.

Он подчеркнул, что Россия была одним из родоначальников научных мегаустановок и при ее участии стала развиваться подобная инфраструктура в Европе.

"Наш токамак лежит в основе ИТЭРА (проект по созданию термоядерного реактора на юге Франции – прим. ТАСС). Еще один пример – коллайдер (Большой адронный коллайдер – прим. ТАСС) – в его основе лежит принцип встречных пучков, который был предложен в Новосибирске", – отметил Ковальчук.

О форуме

Глобальный форум конвергентных и природоподобных технологий прошел 28-29 сентября в Сочи. Он проводится совместно с правительством России в рамках проекта, разработанного НИЦ "Курчатовский институт" и Организацией Объединенных Наций по промышленному развитию (ЮНИДО) по поручению президента России Владимира Путина.

Термин "конвергентные технологии" появился в начале 2000-х годов. Он подразумевает интеграцию нано-, био-, информационных и когнитивных технологий в процессе создания новых результатов, не достижимых при использовании каждого направления отдельно. Речь идет о взаимопроникновении и слиянии на первом этапе четырех глобальных научных и технологических направлений, при взаимодействии которых возможно появление высокотехнологичных проектов, носящих прорывной характер.

Два пластиковых контейнера под ванной, заполненных черной землей. В земле копошатся дождевые черви. Такое «домашнее хозяйство» я увидел в квартире Игоря Огородникова – руководителя проекта «Экодом», сотрудника Института теплофизики СО РАН. Игорь Александрович занимается популяризацией вермикультуры уже несколько лет. Дождевые черви, как ни странно, являются важной составной частью реализуемого им проекта по созданию экологического жилища с замкнутым циклом жизнедеятельности. Не так давно он обзавелся целой семьей дождевых червей особой компостной «породы», которые в скором времени будут использованы в одном важном научном эксперименте по защите Байкала от органических стоков.

«Нужно, чтобы каждая российская семья начала выращивать червяков», – деловито заметил ученый. Куда, например, девать кухонные объедки? Обычно мы не заморачиваемся таким вопросом, отправляя остатки пищевой органики в мусорный бак, создавая тем самым проблемы для экосистемы. А ведь их как раз можно скармливать «домашним» дождевым червям. В итоге мы прямо у себя в квартире получаем почву, обогащенную гумусом. На этой почве по весне начинаем выращивать качественную рассаду. А потом ту же почву вывозим на дачный участок, добавляя в овощные грядки. Как конечный результат – богатый урожай здоровых и вкусных овощей (и не только овощей).

Короче говоря, «одомашненные» дождевые черви позволяют нам не просто избавиться от объедков – они дают нам взамен очень ценный продукт. Между прочим, продающийся на рынке биогумус (полученный именно таким путем) достаточно дорогой, и многим нашим дачникам не по карману. А здесь вы производите его сами из ненужных отходов и в нужных количествах! Это, по сути, похоже на превращение свинца в золото. Такая вот «домашняя» алхимия.

«Червяки, – объясняет Игорь Огородников, – древнейшие существа на планете. Они пережили огромное количество катаклизмов, поэтому очень легко приспосабливаются к изменению условий».

«Порода» червей, которой он обзавелся, называется «Старатель». Выведена она еще в советские годы и достаточно хорошо известна специалистам. По его словам, эти черви «очень прожорливы». За сутки они съедают большое количество органики, в полтора раза превышающее их совокупный вес. При этом черви очень хорошо размножаются и живут в удобном для их культивирования температурном режиме. Активность они проявляют круглый год. Что касается квартирных условий, то для этой «породы» они просто идеальные, считает Игорь Огородников.

Самой важной особенностью дождевых компостных червей является то, что в условиях борьбы за выживание они оставляют после себя поколение, способное перейти на новый вид пищи. Скажем, в квартире вы кормите их кухонными остатками. Если вам вздумается переместить их в другие условия, где для них будет совершенно другой рацион (например, остатки растений или навоз), то существующая популяция, скорее всего, через какое-то время погибнет («доев» до конца остатки привычной еды). Но перед своим исчезновением рядом с новой едой она оставит коконы. Из этих коконов появится другое поколение червей, которые перейдут уже на новый вид пищи. «Как раз за счет такого механизма, – утверждает Игорь Огородников, –  черви переживают массу катаклизмов».

Отметим, что участники проекта «Экодом» специально устраивали «старателям» всевозможные «катаклизмы», чтобы проверить степень их выживаемости. По словам Игоря Огородникова, в ходе таких экспериментов стало совершенно понятно, что дождевые черви могут быть такими же «домашними» животными, как и собаки. «Разве что из-под ванны они никуда не выходят», – пошутил он.

Понятно, что для нормального содержания червяков подвергать их суровым испытаниям не нужно. Для них потребуется определенная температура и влажность. А для лучшего усвоения ими еды отходы рекомендуется измельчать. Сегодня в каждой семье есть кухонный блендер, хорошо справляющийся с такой операцией. Перемолотая масса раскладывается прямо по всей площади поверхности, слегка перемешиваясь с землей. Буквально через двое суток эта поверхность земли в контейнере опять становится совершенно чистой и черной.

Как извлекается из контейнера земля, обогащенная гумусом? Для этого используется очень простой прием. Примерно одну или полторы недели вы не кормите червяков. Нужно сделать так, чтобы они переработали всю-всю органику, после чего земля в контейнере становится совершенно ровной, как блин. Это говорит о том, что черви всё здесь полностью «подъели». Далее мы застилаем поверхность сеткой, а поверх сетки раскладываем новую еду. Черви сразу устремляются к кормежке, проползая через ячейки в сетке. Как только они заберутся в верхний слой, мы снизу отбираем  массу земли в нужном нам количестве. По весне её можно спокойно использовать для рассады.  

Необходимо учитывать, что при таком способе наращивания почвенного объема (когда мы даем червям чистую еду без добавления земли) чернозем, получаемый в результате жизнедеятельности «старателей», сдержит очень большое количество гумуса. Для растений оно избыточно. Обычно органику перед подачей в три-четыре раза разбавляют какой-нибудь бедной почвой. В этом случае почвообразование будет проходить быстрее, а содержание гумуса в новообразованной почве окажется в нормальной концентрации – где-то в пределах 15 процентов.

При «чистой» же кормежке содержание гумуса доходит до 45 процентов. Для растений такая пища будет слишком «калорийной». В этом случае извлеченный чернозем также нужно разбавлять – как минимум в три раза. Или просто использовать как добавку, обогащая землю на вашем участке.

Продвинутые дачники вполне могут использовать компостных червей как средство для эффективного восстановления почв на своем участке. В этом случае лучше всего выращивать овощи в контейнерах. Каждый раз использованный субстрат вместе с органическими остатками отправляется к червякам. Для таких процедур удобнее всего где-нибудь в затененном месте сделать сразу несколько «червятников» (то есть соорудить специальные ящички, заполнив их землей с червями). Например, сделать такой «червятник» отдельно для пасленовых культур и отдельно – для тыквенных. Черви быстро переработают органику и обогатят субстрат полезными веществами. После чего – на следующий год – этим субстратом можно снова наполнять контейнеры. И так каждый сезон.

В принципе, данная технология не такая уж сложная. Просто в сознании многих людей образ червей еще плохо ассоциируется с приусадебным хозяйством (в смысле специального разведения подобной живности). Тем не менее, Игорь Огородников надеется на то, что со временем стереотипы будут сломлены. Большую роль в этом деле он отводит реализации экологических проектов, таких, как упомянутый проект по защите Байкала от стоков. В ближайшее время первая «партия» червяков (минимум 5 кг) отправится из Новосибирска на Ольхон, где будет создана специальная площадка для переработки органических отходов с помощью «старателей». Впрочем, это уже другая история, о чем мы расскажем позже.

Олег Носков 

На заседании президиума СО РАН был рассмотрен проект создания на базе Государственной публичной научно-технической библиотеки СО РАН Многофункционального центра коммуникаций науки, бизнеса и образования. Директор ГПНТБ СО РАН кандидат технических наук Андрей Евгеньевич Гуськов обосновал эту идею изменением роли научных депозитариев в быстро меняющемся мире. «Отпраздновав столетний юбилей, мы должны хотя бы частично понять, чем будем заниматься следующее столетие. Библиотека потеряла монополию на сохранение знаний и начинает вытесняться из научных коммуникаций, — констатировал А. Гуськов. — Сегодня мы должны быть сконцентрированы не на носителях информации, а на ее потребителях».

«Научная библиотека будущего, — считает директор ГПНТБ, — это совокупность нескольких взаимоувязанных направлений деятельности, основных платформ». В проекте развития библиотеки таких платформ четыре: информационная, технологическая, коммуникационная и образовательная.

Первая — развивает традиционные библиотечные компетенции по хранению и систематизации научного и культурного наследия, при этом Андрей Гуськов считает целесообразным создание Сибирского центра наукометрических исследований. «Его задача — не просто посчитать публикации, а в целом разобраться, что происходит в науке», — подчеркнул руководитель библиотеки.

Технологическая платформа перспективного центра предполагает создание новых сервисов интеллектуального поиска и обнаружения информации (прежде всего, научной) в разнородных источниках, методов обработки больших неструктурированных данных (текстов) с извлечением фактов и обогащением метаданными, а также рекомендательных сервисов на основе машинного обучения. Эти инструменты послужат для дальнейшей консолидации отдельных библиотек, перевода в цифру всего научного наследия, поддержки молодых исследователей, агрегации научных новостей — таковая уже ведется силами ГПНТБ.

Коммуникации как отдельное направление деятельности А. Гуськов привязал к библиотечной площадке, которую он видит не только доступным хранилищем информации, но и открытой творческой мастерской, пространством популяризации науки. В стенах ГПНТБ уже проводятся мероприятия российских и городских дней науки, научных фестивалей «Книжная Сибирь» и NAUKA0+. При наличии здесь музея книги Андрей Гуськов предложил создать в рамках перспективного центра музей сибирской науки. «Интеграционную функцию разработчика концепции музея должно взять на себя Сибирское отделение РАН», — подчеркнул руководитель ГПНТБ. Образовательная платформа нового центра видится ориентированной на разные аудитории и формы обучения: от «курса молодого бойца» для начинающих исследователей до детского технопарка формата «Кванториум». При обсуждении музейных инициатив ГПНТБ было предложено выработать общую концепцию с учетом ранее предложенного проекта — Мультидисциплинарного музейного комплекса СО РАН с научно-образовательным центром для школьников и студентов, включающего детский познавательный «Открывариум», идея которого родилась в стенах Института гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН.

Проект развития ГПНТБ в многофункциональный центр предполагает как реконструкцию ее сегодняшнего здания, так и строительство корпуса за ним.

«После ремонта второй этаж библиотеки будет представлять собой мини-экспоцентр вместимостью до 3 000 человек», — рассказал Андрей Гуськов. Новое же здание, строительство которого предварительно оценено в 780 миллионов рублей, планируется прежде всего как депозитарий. «При том, что у нас содержится около 10 миллионов единиц хранения, книгохранилище ГПНТБ проектировалось в 1960 году для 5 000 000 изданий, — пояснил директор библиотеки. — Сейчас оно заполнено на 98 %».

Вторая организация, частичную перезагрузку которой обсудили члены президиума Сибирского отделения, — Центральный сибирский ботанический сад СО РАН. С одной стороны, это крупнейший за Уралом и во многом уникальный центр науки о растениях, с другой — место отдыха, общения с природой и экологического просвещения. Развитие ЦСБС СО РАН долгие годы сдерживалось недофинансированием. «Наши коллекции насчитывают свыше 8000 таксонов живых растений и более 200000 гербарных листов, — отметил директор ЦСБС доктор биологических наук Евгений Викторович Банаев, — но при этом мы являемся единственным ботаническим садом России, не имеющим элементарного ограждения».

Проект развития ЦСБС предполагает закрепление за четырьмя участками его земель определенной специализации. Заповедная часть таковой и остается, за ней сохраняется статус особо охраняемой природной территории (ООПТ). Экспозиционная зона хорошо известна новосибирцам: с научным корпусом, оранжереями, прудом и садом бонсай. Научно-экспериментальная зона расположена в глубине от этих мест и состоит из наблюдаемых посадок.

На карте Евгения Банаева появились и две новых функциональных зоны — активная и административно-хозяйственная. Первая соседствует с улицей Терешковой и дорогой на Ключи, здесь предполагается разбить парк для прогулок и активного отдыха с беговыми дорожками, спортплощадками, детским сказочным городком и плодовым садом. Вторая новая зона — по существу, промышленный питомник, создаваемый, прежде всего, для озеленения территорий в рамках проекта «Академгородок 2.0». «Необходимо уже сегодня прорабатывать вопрос о софинансировании создания питомника с участием разных субъектов, — отреагировал председатель СО РАН академик Валентин  Николаевич Пармон, — включая частные компании, бюджеты Новосибирска и области». В целом же затраты на благоустройство и зонирование территории ЦСБС, строительство нового оранжерейного комплекса и питомника, дорог и парковок оцениваются в сумму около 1,3 миллиарда рублей.

 «Реализация проекта позволит сформировать на базе ЦСБС СО РАН научно-образовательный, учебно-просветительский и природоохранный центр мирового уровня, — обобщил Е.В. Банаев, — который будет конкурировать с ведущими ботаническими учреждениями России: Ботаническим институтом РАН в Санкт-Петербурге, Главным ботаническим садом РАН в Москве и зарубежья, такими как Королевские сады Кью в Лондоне и ландшафтный арборетум в Миннесоте».

Директор Института химии твердого тела и механохимии СО РАН доктор химических наук Александр Петрович Немудрый представил проект формирования на базе ИХТТМ СО РАН Инжинирингового центра порошковых технологий (ИЦПТ). Его миссия — создание на базе имеющихся заделов и разработок новых гибких технологий получения порошковых материалов и их внедрение в промышленное производство, в том числе для цифровых аддитивных производств. Александр Немудрый рассказал о достижениях института в этом направлении и подчеркнул важность инжинирингового звена: «Активные индустриальные партнеры уже сегодня ждут от нас разработок, доведенных до их технологических линий».

Руководитель ИХТТМ обозначил основные отрасли, заинтересованные в новых порошковых технологиях: фармацевтику, энергетику, агробиопром, аддитивные производства, а также выпуск авиационной и другой продукции двойного назначения. А.П. Немудрый подчеркнул высокие компетенции сотрудников института, отразившиеся в успехах по всем перечисленным направлениям: от получения прорывных решений для создания авиадвигателя нового поколения ПД-35 до появления в аптеках противоязвенного лекарства «Витридинол», превосходящего хорошо известный пациентам голландский «Де-Нол». «За последние десять лет наш институт заключил 12 лицензионных соглашений на передачу права использования 17 патентов и ноу-хау, в том числе с зарубежными организациями», — сообщил директор ИХТТМ СО РАН.

Касаясь модели взаимодействия ИЦПТ с индустриальными партнерами, Александр Немудрый подчеркнул: «Мы создаем не магазин, а мастерскую. Приходя сюда, заказчики не будут выбирать себе что-то нужное из готовых образцов, а скажут нам — сделайте вот так и вот так». При этом, по словам ученого, основным продуктом ИЦПТ будут лицензии. Структурно ИЦПТ должен состоять из трех отделов: аналитического, экспериментально-опытного и отдела конструкторско-технической и экономической документации. Физически новый инжиниринговый центр предполагается разместить в реконструированном корпусе ИХТТМ СО РАН и новом здании на территории института с возможностью аренды дополнительных  площадей по соседству. Объем инвестиций на создание ИЦПТ обозначен А.П. Немудрым в 900 миллионов рублей, из которых 800 млн — привлекаемые средства, а срок окупаемости вложений — в семь лет.

Председатель СО РАН академик Валентин Пармон одобрительно высказался о проекте ИЦПТ, отметив при этом: «В Сибирском отделении по порошковым технологиям работают многие институты: в Новосибирске, Томске, Красноярске, Бийске. Есть смысл объединиться в более широкий сетевой проект, чтобы исключить дублирование и тем более конкуренцию».

Как пояснил главный ученый секретарь СО РАН член-корреспондент РАН Дмитрий Маркович Маркович, все три проекта вошли в программу развития Новосибирского научного центра, которая в настоящее время находится на рассмотрении в правительстве РФ. «По этим проектам ранее была уже проведена экспертиза, однако по ряду причин эти проекты в свое время не прошли обсуждения полным составом президиума СО РАН, — рассказал Д. Маркович. — Но эта процедура полезна на любом этапе, и на сегодняшнем заседании прозвучало немало предложений, которые следует учесть при реализации проектов».

О восприимчивости картофеля к заболеваниям говорить не приходится – у нас об этом знает каждый дачник. Несмотря на создание устойчивых сортов, борьба с болезнями остается актуальной как для российских, так и для зарубежных картофелеводов. И если простые дачники ежегодно возлагают надежды на «милость природы», то на крупных плантациях производители берут дело в свои руки и по «полной программе» применяют химические обработки. В Европе число таких обработок достигает двадцати раз за сезон, что вызывает серьезные опасения у экологов. Поэтому столь важная с экономической точки зрения культура вынуждает ученых искать какие-то новые подходы к получению здоровых урожаев, максимально снизив химическую нагрузку.

Пути могут быть совершенно разными. Больше всего надежд сейчас возлагают на новейшие методы селекции, на расширение генетического разнообразия, на изменение подходов к получению семенного материала, позволяющего уменьшить накопление вирусов. Идеальный сорт, конечно же, создать невозможно, тем не менее устойчивость отдельных сортов к вирусным болезням считается очень ценным показателем, производящим, кстати, сильное впечатление на картофелеводов. Химические обработки в этом случае никуда не денутся, но их стараются значительно снизить, идя указанным путем.

Однако есть и другой путь, который был озвучен на прошедшей в ФИЦ «ИЦиГ СО РАН» объединенной конференции, посвященной селекции и семеноводству картофеля. Дело в том, что свое слово при решении указанной проблемы может сказать микробиология, открывающая в какой-то мере «органическую» альтернативу в картофелеводстве. Так, во Всероссийском научно-исследовательском институте сельскохозяйственной микробиологии (Санкт-Петербург) активно проводят эксперименты по использованию микробных препаратов для биологической защиты новых сортов картофеля. Результатами этой работы поделился сотрудник Института Владимир Чеботарь.

По словам ученого, потенциальным партнером растений, способным помочь им в борьбе с болезнями, могут выступать эндофитные и эпифитные бактерии.

«Наша лаборатория, – отметил он, – уже на протяжении двадцати лет занимается эндофитными бактериями. Это такая интересная группа микроорганизмов, которая способна существовать внутри тканей растения, не причиняя при этом ему вреда. Речь даже может идти о симбиозах между растительным и микробным партнером».

Целью указанной работы было создание комплекса микробных препаратов и технологических подходов, направленных на повышение эффективности всех стадий производства картофеля. В качестве объектов для выделения нужных микроорганизмов выбирались дикие виды картофеля из генетической коллекции ВИРа, а также один культурный сорт.

В задачу исследования также входил поиск методики выявления нужных штаммов бактерий, поскольку необходимо было унифицировать этот процесс. Параллельно с изучением функциональных свойств микробных препаратов рассматривалась и технология их массового производства. То есть ученые продумали весь алгоритм перехода от лабораторных экспериментов к хозяйственному применению полученных результатов. Иными словами, заранее продумывался «мостик» между наукой и бизнес-партнерами. В настоящее время уже налаживаются контакты ученых с частными компаниями, заинтересованными в такой работе.

«За прошедшие годы, – пояснил Владимир Чеботарь, – нами были разработаны критерии отбора перспективных штаммов микроорганизмов для создания новых препаратов. Всего было выделено 115 изолятов, которые мы изучали на способности стимулировать рост растений, способности ингибировать рост фитопатогенных микроорганизмов, продуцировать различные ферменты, а также способности расти при пониженных температурах. Была разработана соответствующая методика, где изложены все принципиальные подходы». Также ведется поиск штаммов, способствующих сохранности картофельных клубней в условиях промышленных хранилищ. Было показано, что под влиянием таких препаратов при закладке картофеля на хранение существенно меняются биохимические процессы в клубнях, накапливаются вещества, выполняющие защитную функцию, лучше сохраняются наиболее ценные вещества – витамин С, крахмал. Меньше теряется влаги.

Кроме того, ученые обращают внимание на то, чтобы отобранные штаммы обладали «технологичными» свойствами, то есть давали возможность производить их в массовом количестве. К настоящему времени наработаны опытные партии препаратов с конкретными функциональными свойствами (для повышения стрессоустойчивости растений, для противодействия патогенам и для увеличения сроков хранения клубней).

С этого года, сказал Владимир Чеботарь, были проведены совместно с СибНИИРС соответствующие испытания отобранных препаратов на трех различных сортах картофеля, потенциально пригодных для переработки на крахмал. В полевых условиях это происходило так. Были приготовлены рабочие однопроцентные растворы, куда окунался семенной материал (помещенный в сетку). После чего происходила высадка семенного материала в почву. Как утверждает Владимир Чеботарь, уже получены первые, весьма интересные результаты. «Видно, – заметил он, – что здесь наблюдается как сортовая отзывчивость на применение микробных препаратов, так и разница между исследуемыми штаммами микроорганизмов». Впереди – окончательный учет урожая с определением товарного качества клубней и других качественных показателей. К настоящему моменту можно говорить только о промежуточных результатах.

Надо сказать, что аналогичные препараты уже производятся и используются в хозяйствах. Однако в данном случае нужно принимать во внимание то обстоятельство, что в этом деле эффективность применения такого препарата во многом зависит как от выбранного штамма микроорганизма, так и от конкретного сорта, точнее – от сортовой отзывчивости на препарат.

Само направление биологической защиты картофеля требует еще очень кропотливой научно-исследовательской работы, поскольку для хорошего результата невозможно обрабатывать все сорта из одной бадьи. Нужен, скорее всего, «индивидуальный подход». «Начатые исследования показывают, что сорта реагируют на препарат по-разному. Эффективность будет зависеть от данных эколого-географических условий и на данном сорте», – пояснил Владимир Чеботарь.

Пока что речь не идет о том, чтобы с помощью микробных препаратов полностью отказаться от химических пестицидов. Тем не менее, само это направление сейчас развивается во всем мире. На данном этапе биологическая защита способна серьезно снизить количество химических обработок. То есть в течение какого-то времени биологические препараты будут совмещаться с химическими. Такая композиция, считает ученый, способна сдерживать новые расы патогенов, с которыми одним лишь химическим путем не справиться.

Хотя в идеале, судя по всему, нас ждет полная замена «химии». У микробных препаратов есть одно преимущество, связанное с тем, что они оказывают воздействие на растение в течение всего вегетационного периода. Такие микроорганизмы существуют на поверхности корневой системы и даже внутри растений и создают так называемую «биопленку», которая не позволяет фитопатогенным организмам проникать во внутренние ткани. При этом сами они не представляют никакой угрозы ни для растения, ни для человека.

Олег Носков